JP6949594B2 - Systems and methods for fast detection of surface and subsurface FOD and defects - Google Patents
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Description
本開示は、概して、表面及び表面下(subsurface)の異物(foreign object debris)及び欠陥を高速で検出するためのシステム及び方法に関し、より具体的には、複合材レイアップのプロセス中に、表面及び表面下の異物及び欠陥を高速で検出するためのシステム及び方法に関する。 The present disclosure relates generally to systems and methods for fast detection of foreign object debris and defects on the surface and subsurface, more specifically during the process of composite layup. And systems and methods for fast detection of foreign matter and defects under the surface.
複合材料は、概して、高い重量比強度(strength-to-weight ratio)をもともと備えているので、アルミニウム合金や合金鋼などの従来の材料に代えて、ますます多くの複合材料が様々な構造部材において用いられている。一般的に、複合材料は、概ね層状に重ねられた網状構造の強化繊維と、ポリマー樹脂とで構成されており、このポリマー樹脂が強化繊維を十分に湿潤させ、樹脂と強化繊維とを密着結合させている。各層の形成には、通常、高速複合材レイアップ機が使用され、このようなレイアップ機は、複合材料を3000インチ/分の速度で積層することができる。 Composites generally have a high strength-to-weight ratio by nature, so more and more composites replace traditional materials such as aluminum alloys and alloy steels with different structural members. It is used in. In general, a composite material is composed of reinforcing fibers having a network structure that is generally layered on top of each other and a polymer resin, and the polymer resin sufficiently wets the reinforcing fibers and tightly bonds the resin and the reinforcing fibers. I'm letting you. High-speed composite layup machines are typically used to form each layer, and such layup machines can stack composites at a rate of 3000 inches / minute.
しかしながら、形成した複合部品の表面又は内部に、硬化前の状態において異物(FOD:foreign object debris)、汚染、又は、その他のタイプのテープレイアップ異常が存在すると、問題が生じうる。例えば、水分やその他のタイプの汚染が少量でも表面に封じ込まれてたり、付着していたりすると、硬化後の複合材料において層間剥離及び気泡(porosity)が生じうる。加えて、複合材レイアップにおいて用いられるバギング材(bagging material)、テフロン(登録商標)テープ、又は、通気性素材(breathing material)の小片などの破片が、複合層に封じ込まれていると、複合部品において層間剥離、気泡及びしわが生じうる。炭素繊維強化ポリマー(CFRP)テープを積層してなる複合部品の製造中には、糸まり(fuzzball)と呼ばれるタイプのFODが発生する。いわゆる「糸まり」は、テープを保持するスプールと接触することで擦れたCFRPテープの繊維の束(strands of CFRP tape)で形成され、製造中の複合部品の表面に偶発的に落下しうる。さらに、この他にも、捩れ(twists)、折れ(folds)、トウの粘着不良(untacked tows)、しわ(wrinkles)及びブリッジング(bridging)などのタイプのレイアップ異常がレイアップのプロセスで発生しうるが、現状では、FOD及び欠陥の検出は、手動で目視によって行われている。しかしながら、FOD及び欠陥が透明であったり、複合材料の表面の色と紛れやすかったりするなど、目視による検出が困難な場合が多い。このように、FOD及び欠陥を手動で検出することは、時間がかかり、信頼性に欠ける方法である。特に、硬化に先立ってFOD物質及び欠陥を検出して除去又は修理しないと、大型で高価な複合部品が非破壊検査で不合格になる可能性がある。 However, the presence of foreign object debris (FOD), contamination, or other types of tape layup anomalies on the surface or inside of the formed composite part in its pre-cured state can cause problems. For example, even small amounts of moisture or other types of contaminants that are trapped or attached to the surface can cause delamination and porosity in the cured composite. In addition, debris such as bagging material, Teflon® tape, or small pieces of breathing material used in composite layups are enclosed in the composite layer. Delamination, air bubbles and wrinkles can occur in composite parts. During the manufacture of composite parts made of laminated carbon fiber reinforced polymer (CFRP) tapes, a type of FOD called fuzzball occurs. So-called "thread threads" are formed of strands of CFRP tape that are rubbed in contact with the spool holding the tape and can accidentally fall onto the surface of the composite part being manufactured. In addition, other types of layup anomalies such as twists, folds, untacked tows, wrinkles and bridging occur during the layup process. However, at present, FOD and defect detection are performed manually and visually. However, it is often difficult to detect visually because the FOD and defects are transparent and the color of the surface of the composite material is easily mixed. Thus, manually detecting FOD and defects is a time consuming and unreliable method. In particular, large and expensive composite parts can fail non-destructive inspection if FOD materials and defects are not detected and removed or repaired prior to curing.
現在、一体型の複合部品が、民間航空機の部品を含む多くの用途で用いられているが、そのような部品の製造コストは非常に高い。そのような部品の積層段階においてごく小さなFOD物質、汚染又は欠陥が放置されると、製造欠陥が発生して、部品の修理が必要になったり、場合によっては検査で不合格になったりしうる。そのような部品の修理や不合格品が発生すると、多大なコストがかかる上に、日程の遅延及び在庫上の問題にもつながりうる。 Currently, integrated composite parts are used in many applications, including parts for commercial aircraft, but the cost of manufacturing such parts is very high. If very small FOD substances, contaminants or defects are left in the stacking stage of such parts, manufacturing defects can occur, requiring repair of the parts and, in some cases, failing inspections. .. Repairs or rejects of such parts can be very costly, lead to schedule delays and inventory problems.
したがって、高速での複合材レイアッププロセス中に、表面及び表面下のFOD、汚染及び欠陥を自動で高速に検査するシステムが必要とされている。 Therefore, there is a need for a system that automatically and quickly inspects surface and subsurface FOD, contamination and defects during the high speed composite layup process.
第1の側面において、表面上及び/又は表面下の異物又は欠陥を検出するためのシステムが開示される。本システムは、表面の上方を移動するよう構成された部材を含む。また、本システムは、前記部材に固定された熱励起源であって、前記表面に赤外線を誘導するよう構成された熱励起源を含む。さらに、本システムは、前記熱励起源から所定の距離離間して前記部材に固定された赤外線カメラを含む。前記赤外線カメラは、前記部材が前記表面の上方を移動するのに伴って前記表面をスキャンして、前記表面についてのスキャン情報を検出及び出力するよう構成されている。最後に、本システムは、前記熱励起源及び前記赤外線カメラに接続されたコントローラを含む。前記コントローラは、前記赤外線カメラからの前記スキャン情報を処理して、前記表面上及び/又は前記表面下に位置する異物又は欠陥を特定するよう構成されている。 In the first aspect, a system for detecting foreign matter or defects on and / or under the surface is disclosed. The system includes members configured to move above the surface. In addition, the system includes a thermal excitation source fixed to the member and configured to induce infrared rays on the surface. Further, the system includes an infrared camera fixed to the member at a predetermined distance from the thermal excitation source. The infrared camera is configured to scan the surface as the member moves above the surface to detect and output scan information about the surface. Finally, the system includes the thermal excitation source and a controller connected to the infrared camera. The controller is configured to process the scan information from the infrared camera to identify foreign objects or defects located on and / or below the surface.
追加実施形態において、本システムは、前記コントローラに接続された端末を含んでもよい。前記端末は、ディスプレイを有する。前記コントローラは、さらに、前記表面上及び/又は前記表面下に位置する異物又は欠陥を特定すると、前記ディスプレイに表示を行うよう構成することができる。 In additional embodiments, the system may include terminals connected to the controller. The terminal has a display. The controller can be further configured to display on the display upon identifying a foreign object or defect located on and / or below the surface.
第2の追加実施形態において、前記表面は、複合材レイアップ機により形成される複合部品の外側層であってもよい。前記複合材レイアップ機は、前記複合部品の形成中に、その上方を移動するための第1ガントリに取り付けられたヘッドを有する。前記部材は、前記複合部品の形成中に、その上方を別個に移動するための第2ガントリである。さらに、前記コントローラは、前記複合部品における捩れ、折れ、トウの粘着不良、しわ又はブリッジングを含む欠陥を検出するよう構成することができる。さらに、前記コントローラは、複合材料の層と層との重なり及び間隙をリアルタイムで測定するよう構成することができる。 In the second additional embodiment, the surface may be the outer layer of the composite part formed by the composite layup machine. The composite layup machine has a head attached to a first gantry for moving above the composite during the formation of the composite. The member is a second gantry for moving separately above the composite part during formation. In addition, the controller can be configured to detect defects in the composite component, including twists, breaks, poor toe adhesion, wrinkles or bridging. In addition, the controller can be configured to measure layer-to-layer overlap and gaps in the composite material in real time.
第3の追加実施形態において、前記表面は、複合材レイアップ機により形成される複合部品の外側層であってもよい。前記複合材レイアップ機は、前記複合部品の形成中に、その上方を移動するための第1ガントリに取り付けられたヘッドを有する。前記部材は、前記第1ガントリに相当するものでもよい。さらに、前記赤外線カメラは、放射分析赤外線カメラであってもよい。さらに、前記コントローラは、前記放射分析赤外線カメラから出力されたスキャン情報に基づいて、前記複合部品における上層及び表面下の温度情報を提供するよう構成することができる。さらに、前記コントローラは、前記複合部品における捩れ、折れ、トウの粘着不良、しわ又はブリッジングを含む欠陥を検出するよう構成することができる。最後に、前記コントローラは、複合材料の層と層との重なり及び間隙をリアルタイムで測定するよう構成することができる。 In a third additional embodiment, the surface may be the outer layer of the composite component formed by the composite layup machine. The composite layup machine has a head attached to a first gantry for moving above the composite during the formation of the composite. The member may correspond to the first gantry. Further, the infrared camera may be a radiation analysis infrared camera. Further, the controller can be configured to provide temperature information for the upper layer and the lower surface of the composite component based on the scan information output from the radioimmunoassay infrared camera. In addition, the controller can be configured to detect defects in the composite component, including twists, breaks, poor toe adhesion, wrinkles or bridging. Finally, the controller can be configured to measure layer-to-layer overlap and gaps in the composite material in real time.
第4の追加実施形態において、前記表面は、炭素繊維強化ポリマーテープを用いて複合材レイアップ機により形成される複合部品の外側層であってもよい。前記炭素繊維強化ポリマーテープは、スプールと接触することによって動作中に当該炭素繊維強化ポリマーテープが擦れて、前記表面に偶発的に落下する炭素繊維強化ポリマーの糸まりを形成する。前記コントローラは、前記赤外線カメラからの前記スキャン情報を処理して、前記部品表面上にある炭素繊維強化ポリマーの糸まりを検出するよう構成することができる。 In a fourth additional embodiment, the surface may be the outer layer of a composite part formed by a composite layup machine using carbon fiber reinforced polymer tape. When the carbon fiber reinforced polymer tape comes into contact with the spool, the carbon fiber reinforced polymer tape is rubbed during operation to form a thread of carbon fiber reinforced polymer that accidentally falls on the surface. The controller can be configured to process the scan information from the infrared camera to detect a thread of carbon fiber reinforced polymer on the surface of the component.
第2の側面において、表面上及び/又は表面下の異物又は欠陥を検出するためのシステムが開示される。本システムは、可動表面の上方で固定された部材を含む。また、本システムは、前記部材に固定された熱励起源であって、前記表面に赤外線を誘導する熱励起源を含む。本システムは、さらに、前記部材に固定された赤外線カメラであって、前記表面が前記部材の下方を移動するのに伴って前記表面をスキャンして、前記表面についてのスキャン情報を検出及び出力するよう構成された赤外線カメラを含む。最後に、本システムは、前記熱励起源及び前記赤外線カメラに接続されたコントローラを含む。前記コントローラは、前記赤外線カメラからの前記スキャン情報を処理して、前記表面上及び/又は前記表面下に位置する異物又は欠陥を特定するよう構成されている。 In the second aspect, a system for detecting foreign matter or defects on and / or under the surface is disclosed. The system includes members fixed above the movable surface. The system also includes a thermal excitation source that is fixed to the member and that induces infrared rays to the surface. The system is an infrared camera fixed to the member, which scans the surface as the surface moves below the member to detect and output scan information about the surface. Includes an infrared camera configured to. Finally, the system includes the thermal excitation source and a controller connected to the infrared camera. The controller is configured to process the scan information from the infrared camera to identify foreign objects or defects located on and / or below the surface.
追加の実施形態において、本システムは、前記コントローラに接続された端末であって、ディスプレイを有する端末を含んでもよい。前記コントローラは、さらに、前記表面上及び/又は前記表面下に位置する異物又は欠陥又は内部の欠陥を特定すると、前記ディスプレイに表示を行うよう構成することができる。 In an additional embodiment, the system may include a terminal connected to the controller and having a display. The controller can be further configured to display on the display upon identifying a foreign object or defect or internal defect located on and / or below the surface.
さらに別の追加実施形態では、前記表面は、複合材レイアップ機により形成される複合部品の外側層である。前記複合材レイアップ機は、ガントリに取り付けられたヘッドを有する。前記複合部品は、当該複合部品の形成中に前記ガントリの下方を移動する。前記部材は、前記ガントリに相当する。前記赤外線カメラは、放射分析赤外線カメラであってもよく、前記コントローラは、前記放射分析赤外線カメラから出力されたスキャン情報に基づいて、前記複合部品における上層及び表面下の温度情報を提供するよう構成することができる。 In yet another additional embodiment, the surface is an outer layer of composite parts formed by a composite layup machine. The composite layup machine has a head attached to the gantry. The composite part moves below the gantry during the formation of the composite part. The member corresponds to the gantry. The infrared camera may be a radiation analysis infrared camera, and the controller is configured to provide upper layer and subsurface temperature information in the composite component based on scan information output from the radiation analysis infrared camera. can do.
さらに別の追加実施形態では、前記コントローラは、前記複合部品における捩れ、折れ、トウの粘着不良、しわ又はブリッジングを含む欠陥を検出するよう構成することができる。さらに、前記コントローラは、複合材料の層と層との重なり及び間隙をリアルタイムで測定するよう構成することができる。 In yet another additional embodiment, the controller can be configured to detect defects in the composite component, including twists, breaks, poor toe adhesion, wrinkles or bridging. In addition, the controller can be configured to measure layer-to-layer overlap and gaps in the composite material in real time.
さらに別の追加実施形態では、前記表面は、炭素繊維強化ポリマーテープを用いて複合材レイアップ機により形成される複合部品の外側層である。前記炭素繊維強化ポリマーテープは、スプールと接触することによって動作中に当該炭素繊維強化ポリマーテープが擦れて、前記表面に偶発的に落下する炭素繊維強化ポリマーの糸まりを形成する。前記コントローラは、前記赤外線カメラからの前記スキャン情報を処理して、前記表面上にある炭素繊維強化ポリマーの糸まりを検出するよう構成することができる。 In yet another additional embodiment, the surface is an outer layer of composite parts formed by a composite layup machine using carbon fiber reinforced polymer tape. When the carbon fiber reinforced polymer tape comes into contact with the spool, the carbon fiber reinforced polymer tape is rubbed during operation to form a thread of carbon fiber reinforced polymer that accidentally falls on the surface. The controller can be configured to process the scan information from the infrared camera to detect a thread of carbon fiber reinforced polymer on the surface.
第3の側面において、ワークの表面上及び/又は表面下の異物又は欠陥を検出するための方法が開示される。赤外励起源からの赤外線ビームが、前記ワークの前記表面に誘導される。前記ワークの前記表面が赤外線カメラでスキャンされて、前記ワークの前記表面についてのスキャン情報が検出及び出力される。前記赤外線カメラからの前記スキャン情報が処理されて、前記ワークの前記表面上及び/又は前記表面下に位置する異物又は欠陥が特定される。追加の実施形態では、前記赤外線カメラは放射分析赤外線カメラであり、前記赤外線カメラからの前記スキャン情報が処理されて、前記ワークにおける上層及び表面下の温度情報が提供される。 In the third aspect, a method for detecting foreign matter or defects on and / or under the surface of the work is disclosed. An infrared beam from an infrared excitation source is guided to the surface of the work. The surface of the work is scanned by an infrared camera, and scan information about the surface of the work is detected and output. The scan information from the infrared camera is processed to identify foreign objects or defects located on and / or below the surface of the work. In an additional embodiment, the infrared camera is a radiation analysis infrared camera, the scan information from the infrared camera is processed to provide temperature information for the upper and lower layers of the work.
上述した特徴、機能及び効果は、様々な実施形態において個別に実現可能であるが、他の実施形態において互いに組み合わせてもよい。さらなる詳細については、以下の記載及び図面を参照することによって明らかになるであろう。 The features, functions and effects described above can be individually realized in various embodiments, but may be combined with each other in other embodiments. Further details will become apparent with reference to the description and drawings below.
後述する詳細な説明は、例として記載されているものであり、この説明に本開示を限定することを意図するものではない。この説明は、以下の添付図面を併せて参照することによって、最もよく理解されるであろう。 The detailed description described below is provided as an example and is not intended to limit this disclosure to this description. This description will be best understood by referring to the accompanying drawings below.
本開示では、本開示の様々な例示的な実施形態を示すすべての図面において、同様の要素については同様の参照符号で示している。 In the present disclosure, similar elements are designated by the same reference numerals in all drawings showing various exemplary embodiments of the present disclosure.
米国特許出願第14/614,198号(「198号出願」)は、「高速FOD検出のためのシステム及び方法(System and Method for High Speed FOD Detection)」との名称で、2015年2月4日付けで出願され、本願と同一の譲受人に譲渡され、本願と同一の発明者を複数人含む。本願に援用するこの198号出願には、熱(赤外)励起源(infrared excitation source)、及び、これに関連づけられた赤外線カメラを利用したFOD検出システムが記載されている。赤外線カメラに接続されたコントローラは、製造中の複合部品の表面にあるFODを検出するよう構成されており、この検出では、製造中の複合部品の表面上方を熱(赤外)励起源及びこれに関連づけられた赤外線カメラ(ラインスキャンモードで動作)が移動するのに伴って、複合部品とFODとの間の赤外線放射エネルギーの差を、赤外線カメラの画素列のラインの閾値に基づいて判定している。 US Patent Application No. 14 / 614,198 (“Application No. 198”) is entitled “System and Method for High Speed FOD Detection”, February 4, 2015. The application is filed on the date, transferred to the same transferee as the present application, and includes a plurality of inventors who are the same as the present application. This 198th application, which is incorporated in the present application, describes an infrared excitation source and an FOD detection system using an infrared camera associated therewith. The controller connected to the infrared camera is configured to detect the FOD on the surface of the composite part being manufactured, in which the thermal (infrared) excitation source and this is above the surface of the composite part being manufactured. As the infrared camera associated with (operates in line scan mode) moves, the difference in infrared radiation energy between the composite component and the FOD is determined based on the line threshold of the infrared camera's pixel array. ing.
FODは、製造中の複合部品の外側層(プライ)の下側にも発生しうるが、上記198号出願に開示されているシステムでは、このようなタイプのFOD(即ち、層下側のFOD)及び表面のFODを特定することは困難な場合がある。層下側のFODが赤外励起源からのエネルギーを吸収するには、より多くの時間が必要なためである(この時間は、上層の厚みと、赤外線エネルギーが、上層を伝わって、その下にあるFODに到達するのに必要な時間に基づく)。赤外線カメラは、熱(赤外)励起源から所定の距離離間して配置されているため、層下側のFODがエネルギーを十分に吸収し、検出されうる量のエネルギーを放射する前に、層下側のFODの上方を赤外線カメラが通過してしまう可能性がある。これに鑑み、本開示のシステムでは、(ラインスキャンモードではなく)完全二次元モードで、そのカメラの解像度(例えば、1024×1024画素)で動作するカメラが採用されている。また、このカメラには、コントローラが含まれており、赤外線カメラで生成された情報を分析して、層下側のFOD及び表面のFOD(及び、後述するようなその他のタイプの欠陥)を検出するよう構成されている。検出は、層下側のFODやいくつかのタイプの表面FODから放出される温度エネルギーと、製造中の複合部品から放出される温度エネルギーとの差に基づいて行われる。この他にも、反射された赤外線エネルギーに基づいて特定可能な表面FODもある。 FOD can also occur below the outer layer (ply) of a composite part being manufactured, but in the system disclosed in Application 198 above, this type of FOD (ie, the lower layer FOD) ) And surface FOD can be difficult to identify. This is because the FOD under the layer needs more time to absorb the energy from the infrared excitation source (this time is the thickness of the upper layer and the infrared energy is transmitted through the upper layer and below it. Based on the time required to reach the FOD in). Because the infrared camera is located at a predetermined distance from the thermal (infrared) excitation source, the layer underneath the layer absorbs enough energy and emits a detectable amount of energy. There is a possibility that the infrared camera will pass above the lower FOD. In view of this, the systems of the present disclosure employ a camera that operates in full two-dimensional mode (rather than line scan mode) at the resolution of the camera (eg, 1024 x 1024 pixels). The camera also includes a controller that analyzes the information generated by the infrared camera to detect underlayer FOD and surface FOD (and other types of defects as described below). It is configured to do so. Detection is based on the difference between the thermal energy emitted from the underlying FOD or some type of surface FOD and the thermal energy emitted from the composite part being manufactured. There are other surface FODs that can be identified based on the reflected infrared energy.
図1を参照すると、製造中の複合部品の表面にあるFOD、及び、複合部品において少なくとも何らかの上層の下側にあるFODを検出するシステム100が示されている。システム100は、複合繊維の糸まり(複合部品のレイアップ中に形成されるタイプの異物)、並びに、捩れ、折れ、トウの粘着不良、しわ及びブリッジングなど、レイアップ中に発生しうるその他のタイプのレイアップ異常も検出可能である。システム100は、熱(赤外)励起源110と、これに関連づけられているとともに、部材130上に所定距離離間して配置された赤外線カメラ120と、を含む。部材130は、例えば、複合材レイアップ機におけるオーバーヘッド式の検査ガントリの一部であってもよい。熱(赤外)励起源110は、赤外線エネルギー115のビームをワーク(workpiece)140(例えば、製造中の複合部品)に向けて誘導する。熱(赤外)励起源110は、ワーク140から固定の距離、例えば、20フィート上方に設置されている。赤外線カメラ120は、部材130がワーク140の上方を矢印150で示す方向に移動するのに伴って、ワーク140をスキャンし、ワークから放出される赤外線エネルギーに基づいて、分析用の情報を出力する。好ましくは、部材130は、ワーク140の上方を一定の速度で移動する。この速度は、120インチ/秒のような高速の場合もあるが、一般的には、1秒当たり50インチと100インチの間である。コントローラ170は、(例えば、ワーク140のスキャンの開始時などに)熱(赤外)励起源110を起動するように接続されているとともに、赤外線カメラ120により生成された情報を受信するように接続されている。コントローラ170は、ユーザ端末180(簡易な状態表示器の場合もある)及びレイアップ機コントローラ160にも接続されており、システム100の動作及び部材130の移動をレイアップ機の動作と連動させる。
With reference to FIG. 1, a
さらに別の実施形態では、赤外線カメラ120は、放射分析赤外線カメラ(radiometric infrared camera)であってもよく、コントローラ170は、部材130がワーク140上方を移動する間、赤外線カメラ120から提供される情報に基づいて、テープ(上層)及び基板(内層面)の温度をリアルタイムで提供するよう構成されていてもよい。
In yet another embodiment, the
代替の実施形態では、部材130の位置が固定であり、ワーク140が可動プラットフォームに搭載されていてもよい。プラットフォームの移動によってワーク140が部材130の下方を移動するのに伴って、赤外線カメラ120はワーク140の全長をスキャンすることができる。
In an alternative embodiment, the position of the
コントローラ170は、赤外線カメラ120により生成された情報を分析し、放射熱エネルギーレベルの差に基づいて、層下側や表面のFODやその他の欠陥の有無を判定するよう構成されている。層下側のFOD、表面のFOD、又は、その他のタイプの欠陥が検出されれば、修復対応に関するメッセージをユーザ端末180経由で提供することもできる。修復対応としては、例えば、表面FODを手作業で除去すること、追って修復作業を行うために、層下側のFODやその他の欠陥の位置に印(notation)をつけること、などがある。一例では、図1Bに示すように、製造中の複合部品190は、表面FOD191を含み、このFODは、製造中の複合部品190と表面FOD191との放出赤外エネルギーの差に基づいて特定可能である。また、別の製造中の複合部品195は、層下側FOD197を含んでおり、このFODは、層下側FOD197の境界周辺部から放出されるエネルギーの差により特定可能である。図においては、この境界周辺部を、白領域196で示している。その他にも、層下側のFODや層下側の欠陥の中には、放出エネルギーの特性が(その境界周辺だけでなく)全体において異なることにより特定可能なものもある。コントローラ170は、赤外線カメラ120からの情報に基づいてその他の情報を導出することもでき、例えば、積層されたテープ同士の重なり及び間隙のリアルタイムの測定値を含む情報を導出することができる。
The
次に、図2Aを参照すると、複合部品201(ワーク)の作製作業を行うための積層セル(lamination cell)200は、第1可動ガントリ203(即ち、部材)に搭載されたレイアップヘッド202を含み、この第1可動ガントリは、支持フレーム204に搭載されている。ワーク201は、長さと幅を有しており、ガントリ203は支持フレーム204に取り付けられている。ガントリ203は、ワーク201の長さ方向に沿って往復移動できるような機構を介して取り付けられているので、製造中の複合部品の作製プロセスにおいて、複合材料をレイアップヘッド202からワークに順次積層することができる。また、積層セル200は、第2可動ガントリ205を有し、このガントリ205も、ワーク201の長さ方向に沿った往復移動を可能にするような機構を介して支持フレーム204に取り付けられている。赤外線カメラ206、及び、これに関連付けられた熱(赤外)励起源(図2Aには示していない)がガントリ205に取り付けられている。図2Aの赤外線カメラ206及び熱(赤外)励起源(図示略)は、図1Aの赤外線カメラ120及び熱(赤外)励起源110に相当し、同じ態様で動作する。具体的には、赤外線カメラ206及び熱(赤外)励起源には、図示していないコントローラが接続されており、このコントローラが、赤外線カメラ206からの情報を処理して、ワーク201における層の下側や表面のFOD又は欠陥を特定する。
Next, referring to FIG. 2A, the
図2Aの赤外線カメラ206は、ワーク201から上方に一定の距離離間して、部材205(検査ガントリ)に取り付けられており、赤外線カメラ206の特定の画角(field of view)で、ワーク201の特定の固定領域(長さ及び幅を有する領域であり、長さが部材205の移動方向に平行な領域)を観察することができる。ワーク201の幅が、赤外線カメラ206の画角の範囲よりも広い場合もありうる。そのような場合、ワークの上方を移動する部材に、複数のカメラと各カメラに関連づけられた熱(赤外)励起源とを搭載しておけばよい。例えば、図2Bに示すように、検査ガントリ205に、3台の赤外線カメラ210、211、212を取り付けて、これらカメラ全体の画角に、観察対象のワークの幅全体(ワークの幅は、検査ガントリ205の移動の主方向に直交する)が入るようにできる。設置するカメラの台数は、ワークの幅及びカメラの画角に依存して決まり、カメラ1台(及び、これに関連づけられた熱的励起源)の場合もあれば、4台以上のカメラ(及び、各カメラに関連づけられた熱的励起源)に及ぶ場合もある。
The
あるいは、図2Cに示すように、1台の赤外線カメラ216を利用し、機構217によって、このカメラが検査ガントリ215に沿った横方向(線218で示す)に移動できるようにしてもよい(図示していないが、赤外線カメラ216に関連づけられた熱(赤外)励起源も、カメラと連動して検査ガントリ215に沿って横方向に移動する)。この場合、ワークの上方を通過させてワークの長尺帯領域を撮像し、通過を複数回行って、前回の通過時と次の通過時で各帯領域の一部が重なりあうようにする。
Alternatively, as shown in FIG. 2C, one
最後に、図2Dに示すように、1台の赤外線カメラ221を検査ガントリ220にピボット222を介して取り付けて(線223で示す移動が可能なようにして)利用してもよい。この場合、検査ガントリ220は、ワークの上方を長手方向に一度通過する毎に段階的に移動するようにしてもよい。この段階的な移動と移動の各間に停止期間を設けてカメラ221を往復揺動させて、赤外線カメラ221にワークの幅全体をスキャンさせる。
Finally, as shown in FIG. 2D, one
図2Aのシステムは、平坦あるいは概ね平坦なワーク(例えば、複合材の翼部外板)をスキャンするのに有効である。ただし、形成される複合部品の中には、例えば、航空機の翼桁のように、平坦でない面を有する代わりに、平坦な頂部と、平坦な頂部に対して直角な側部とを含む面を有するものも多い。図3を参照して、桁及びその他の非平坦なワークをスキャンするためのシステム300を示す。具体的には、システム300は、角部を有する(angled)検査ガントリ305を(図2Aに示す検査ガントリ205の代わりに)含む。検査ガントリ305には、3台の赤外線カメラ310、320、330が取り付けられている(図3には示していないが、図1に示したように、各カメラは、これに関連づけられた熱(赤外)励起源とともに取り付けられている)。赤外線カメラ310は、検査ガントリ305の角部の頂部に取り付けられており、赤外線カメラ320及び330は検査ガントリ305の反対側の端部にそれぞれ取り付けられている。このように、赤外線カメラ310は、ワーク(例えば、桁)の頂部平坦面をスキャンし、赤外線カメラ310は、この頂部平坦面に直角なワーク側面の一方をスキャンし、赤外線カメラ330がこの頂部平坦面に直角なワーク側面の他方をスキャンする。システム300は、二次元の(非平坦な)断面を有するワークを一度通過するだけで検査できる。翼桁のように、断面形状において側面部が頂部に対して直角なワークもあるが、頂部に対する角度が90度より小さい側面部を有するワークもある。システム300を用いれば、各カメラ320及び330をワークに向ける角度を調整することで、どちらの場合にも対応できる。
The system of FIG. 2A is effective for scanning flat or generally flat workpieces (eg, composite wing skins). However, some of the composite parts formed include a surface that includes a flat top and sides perpendicular to the flat top, instead of having a non-flat surface, such as an aircraft spar. Many have. FIG. 3 shows a
図3に示すシステム300では、非平坦なワークを一度の通過で検査するのに3台のカメラ310、320、330が必要であるが、図4に示すシステム400は、カメラ320及び330の代わりに、ミラー420及び430を含む。カメラ310は、その画角にミラー420及び430が入るように配置されている。また、ミラー420及び430の各角度は、非平坦なワークの側面部分がカメラ310の画角に入るように調整されている。赤外線ミラー420、430は、これらミラー420、430が代替する2台の赤外線カメラよりもずっと安価であるので、システム400によれば、図3のシステム300に比べて大幅にコストを削減できる。さらに別の実施形態では、赤外線ミラー420及び430は凸面鏡であってもよい。これにより、より小さな面積のミラーを使っても、非平坦なワークの側面部全体がカメラ310の画角に収まるようにできる。
The
代替の実施形態では、図1に示すシステム100を、テープのレイアップヘッド(例えば、図2Aに示したガントリ203のレイアップヘッド202)上又はその近傍に設置してもよい。これにより、未硬化の(グリーン)テープをリアルタイムに監視して、テープに発生する割れやスジを、テープを基板への接着に先立って特定することができる。具体的には、低G力(G-forces)と適切な設置スペースを有する積層ヘッドの場合、赤外線カメラをテープ積層ヘッド上又はその近傍に設置して、積層ヘッドに設置した赤外線ヒータを利用して、未硬化の(グリーン)テープの温度を上げるようにしてもよい。テープがテープクリール(tape creel)から引き出され次第、圧縮ローラで圧縮される前に、テープの温度が上昇する。これにより、テープは、ベース基板に、即ち、テープ積層ヘッドの直近の移動において積層された最上層の複合材料に接着するのに十分な粘着性を発揮する。この実施形態では、赤外線カメラは、圧縮ローラの真後ろに配置して、ヘッドに搭載したヒータの影響を受けてテープから放出されるエネルギーを監視するようにしてもよい。この実施形態によれば、先に説明した実施形態のように熱的励起源を別個に設ける必要はない。
In an alternative embodiment, the
加えて、本開示は、下記の付記による実施形態も包含する。 In addition, the present disclosure also includes embodiments according to the following appendices.
付記1. 表面の上方を移動するよう構成された部材と、
前記部材に固定された熱励起源であって、前記表面に赤外線を誘導するよう構成された熱励起源と、
前記熱励起源から所定の距離離間して前記部材に固定された赤外線カメラであって、前記部材が前記表面の上方を移動するのに伴って前記表面をスキャンして、前記表面についてのスキャン情報を検出及び出力するよう構成された赤外線カメラと、
前記熱励起源及び前記赤外線カメラに接続されたコントローラであって、前記赤外線カメラからの前記スキャン情報を処理して、前記表面上及び/又は前記表面下に位置する異物又は欠陥を特定するよう構成されたコントローラと、を含む、
表面上及び/又は表面下の異物又は欠陥を検出するためのシステム。
Appendix 1. A member configured to move above the surface and
A thermal excitation source fixed to the member and configured to induce infrared rays on the surface.
An infrared camera fixed to the member at a predetermined distance from the thermal excitation source, scanning the surface as the member moves above the surface, and scanning information about the surface. With an infrared camera configured to detect and output
A controller connected to the thermal excitation source and the infrared camera that processes the scan information from the infrared camera to identify foreign objects or defects located on and / or below the surface. Including the controller,
A system for detecting foreign matter or defects on and / or under the surface.
付記2. 前記コントローラに接続された端末であって、ディスプレイを有する端末をさらに含み、前記コントローラは、さらに、前記表面上及び/又は前記表面下に位置する異物又は欠陥を特定すると、前記ディスプレイに表示を行うよう構成されている、付記1に記載のシステム。 Appendix 2. A terminal connected to the controller, further including a terminal having a display, further includes a display on the display when the controller further identifies a foreign object or defect located on and / or below the surface. The system according to Appendix 1, which is configured as described above.
付記3. 前記表面は、複合材レイアップ機により形成される複合部品の外側層であり、前記複合材レイアップ機は、前記複合部品の形成中に、その上方を移動するための第1ガントリに取り付けられたヘッドを有し、前記部材は、前記複合部品の形成中に、その上方を別個に移動するための第2ガントリを含む、付記1又は2のいずれかに記載のシステム。 Appendix 3. The surface is an outer layer of a composite part formed by the composite layup machine, which is attached to a first gantry for moving above the composite part during formation of the composite part. The system according to any one of Appendix 1 or 2, wherein the member comprises a second gantry for moving separately above the composite part during the formation of the composite part.
付記4. 前記コントローラは、前記複合部品における捩れ、折れ、トウの粘着不良、しわ又はブリッジングを含む欠陥を検出するよう構成されている、付記3に記載のシステム。 Appendix 4. The system according to Appendix 3, wherein the controller is configured to detect defects in the composite component, including twists, breaks, poor adhesion of toes, wrinkles or bridging.
付記5. 前記コントローラは、複合材料の層と層との重なり及び間隙をリアルタイムで測定するよう構成されている、付記3又は4のいずれかに記載のシステム。 Appendix 5. The system according to any of Appendix 3 or 4, wherein the controller is configured to measure layers and gaps between layers of composite material in real time.
付記6. 前記表面は、複合材レイアップ機により形成される複合部品の外側層であり、前記複合材レイアップ機は、前記複合部品の形成中に、その上方を移動するための第1ガントリに取り付けられたヘッドを有し、前記部材は、前記第1ガントリを含む、付記1〜5のいずれかに記載のシステム。 Appendix 6. The surface is an outer layer of a composite part formed by the composite layup machine, which is attached to a first gantry for moving above the composite part during formation of the composite part. The system according to any one of Supplementary note 1 to 5, wherein the member has a head, and the member includes the first gantry.
付記7. 前記赤外線カメラは、放射分析赤外線カメラである、付記6に記載のシステム。 Appendix 7. The system according to Appendix 6, wherein the infrared camera is a radiation analysis infrared camera.
付記8. 前記コントローラは、前記放射分析赤外線カメラから出力された前記スキャン情報に基づいて、前記複合部品における上層及び表面下の温度情報を提供するよう構成されている、付記7に記載のシステム。 Appendix 8. The system according to Appendix 7, wherein the controller is configured to provide temperature information for the upper and lower layers of the composite component based on the scan information output from the radioimmunoassay infrared camera.
付記9. 前記コントローラは、前記複合部品における捩れ、折れ、トウの粘着不良、しわ又はブリッジングを含む欠陥を検出するよう構成されている、付記6〜8のいずれかに記載のシステム。 Appendix 9. The system according to any of Supplementary notes 6 to 8, wherein the controller is configured to detect defects in the composite component, including twists, breaks, poor adhesion of toes, wrinkles or bridging.
付記10. 前記コントローラは、複合材料の層と層との重なり及び間隙をリアルタイムで測定するよう構成されている、付記6〜9のいずれかに記載のシステム。 Appendix 10. The system according to any of Supplementary note 6 to 9, wherein the controller is configured to measure layers of composite materials and gaps between layers in real time.
付記11. 前記表面は、炭素繊維強化ポリマーテープを用いて複合材レイアップ機により形成される複合部品の外側層であり、前記炭素繊維強化ポリマーテープは、スプールと接触することによって動作中に当該炭素繊維強化ポリマーテープが擦れて、前記表面に偶発的に落下する炭素繊維強化ポリマーの糸まりを形成し、前記コントローラは、前記赤外線カメラからの前記スキャン情報を処理して、前記部品表面上にある炭素繊維強化ポリマーの糸まりを検出するよう構成されている、付記1〜10のいずれかに記載のシステム。 Appendix 11. The surface is an outer layer of a composite part formed by a composite material lay-up machine using a carbon fiber reinforced polymer tape, and the carbon fiber reinforced polymer tape is reinforced during operation by contacting with a spool. The polymer tape rubs to form a thread of carbon fiber reinforced polymer that accidentally falls onto the surface, and the controller processes the scan information from the infrared camera to process the carbon fibers on the component surface. The system according to any of Supplementary notes 1 to 10, which is configured to detect a thread of a reinforced polymer.
付記12. 可動表面の上方で固定された部材と、
前記部材に固定された熱励起源であって、前記表面に赤外線を誘導する熱励起源と、
前記部材に固定された赤外線カメラであって、前記表面が前記部材の下方を移動するのに伴って前記表面をスキャンして、前記表面についてのスキャン情報を検出及び出力するよう構成された赤外線カメラと、
前記熱励起源及び前記赤外線カメラに接続されたコントローラであって、前記赤外線カメラからの前記スキャン情報を処理して、前記表面上及び/又は前記表面下に位置する異物又は欠陥を特定するよう構成されたコントローラと、を含む、
表面上及び/又は表面下の異物又は欠陥を検出するためのシステム。
Appendix 12. With the members fixed above the movable surface,
A thermal excitation source fixed to the member, which induces infrared rays on the surface, and a thermal excitation source.
An infrared camera fixed to the member, which is configured to scan the surface as the surface moves below the member to detect and output scan information about the surface. When,
A controller connected to the thermal excitation source and the infrared camera that processes the scan information from the infrared camera to identify foreign objects or defects located on and / or below the surface. Including the controller,
A system for detecting foreign matter or defects on and / or under the surface.
付記13. 前記コントローラに接続された端末であって、ディスプレイを有する端末をさらに含み、前記コントローラは、さらに、前記表面上及び/又は前記表面下に位置する異物又は欠陥を特定すると、前記ディスプレイに表示を行うよう構成されている、付記12に記載のシステム。 Appendix 13. A terminal connected to the controller, further including a terminal having a display, further includes a display on the display when the controller further identifies a foreign object or defect located on and / or below the surface. 12. The system according to Appendix 12.
付記14. 前記表面は、複合材レイアップ機により形成される複合部品の外側層であり、前記複合材レイアップ機は、ガントリに取り付けられたヘッドを有し、前記複合部品は、当該複合部品の形成中に前記ガントリの下方を移動し、前記部材は、前記ガントリを含む、付記12又は13のいずれかに記載のシステム。 Appendix 14. The surface is an outer layer of a composite part formed by a composite layup machine, the composite layup machine has a head attached to a gantry, and the composite part is forming the composite part. The system according to any of Appendix 12 or 13, wherein the member moves below the gantry and comprises the gantry.
付記15. 前記赤外線カメラは、放射分析赤外線カメラであり、前記コントローラは、前記放射分析赤外線カメラから出力された情報に基づいて、前記複合部品における上層及び表面下の温度情報を提供するよう構成されている、付記14に記載のシステム。 Appendix 15. The infrared camera is a radiation analysis infrared camera, and the controller is configured to provide upper layer and subsurface temperature information in the composite component based on information output from the radiation analysis infrared camera. The system according to Appendix 14.
付記16. 前記コントローラは、前記複合部品における捩れ、折れ、トウの粘着不良、しわ又はブリッジングを含む欠陥を検出するよう構成されている、付記12〜15のいずれかに記載のシステム。 Appendix 16. The system according to any of Supplementary note 12-15, wherein the controller is configured to detect defects in the composite component, including twists, breaks, poor adhesion of toes, wrinkles or bridging.
付記17. 前記コントローラは、複合材料の層と層との重なり及び間隙をリアルタイムで測定するよう構成されている、付記12〜16のいずれかに記載のシステム。 Appendix 17. The system according to any of Supplementary note 12-16, wherein the controller is configured to measure layer-to-layer overlap and gaps of a composite material in real time.
付記18. 前記表面は、炭素繊維強化ポリマーテープを用いて複合材レイアップ機により形成される複合部品の外側層であり、前記炭素繊維強化ポリマーテープは、スプールと接触することによって動作中に当該炭素繊維強化ポリマーテープが擦れて、前記表面に偶発的に落下する炭素繊維強化ポリマーの糸まりを形成し、前記コントローラは、前記赤外線カメラからの前記スキャン情報を処理して、前記表面上にある炭素繊維強化ポリマーの糸まりを検出するよう構成されている、付記12〜17のいずれかに記載のシステム。 Appendix 18. The surface is an outer layer of a composite part formed by a composite material lay-up machine using a carbon fiber reinforced polymer tape, and the carbon fiber reinforced polymer tape is reinforced during operation by contacting with a spool. The polymer tape rubs to form a thread of carbon fiber reinforced polymer that accidentally falls onto the surface, and the controller processes the scan information from the infrared camera to reinforce the carbon fibers on the surface. The system according to any of Appendix 12-17, which is configured to detect polymer threads.
付記19. 赤外励起源からの赤外線ビームを前記ワークの前記表面に誘導するステップと、
前記ワークの前記表面を赤外線カメラでスキャンして、前記ワークの前記表面についてのスキャン情報を検出及び出力するステップと、
前記赤外線カメラからの前記スキャン情報を処理して、前記ワークの前記表面上及び/又は前記表面下に位置する異物又は欠陥を特定するステップと、を含む、
ワークの表面上及び/又は表面下の異物又は欠陥を検出するための方法。
Appendix 19. A step of guiding an infrared beam from an infrared excitation source to the surface of the work,
A step of scanning the surface of the work with an infrared camera to detect and output scan information about the surface of the work.
A step of processing the scan information from the infrared camera to identify foreign objects or defects located on and / or below the surface of the work.
A method for detecting foreign matter or defects on and / or under the surface of a workpiece.
付記20. 前記赤外線カメラは放射分析赤外線カメラであり、さらに、
前記赤外線カメラからの前記スキャン情報を処理して、前記ワークにおける上層及び表面下の温度情報を提供するステップを含む、付記19に記載の方法。
Appendix 20. The infrared camera is a radiation analysis infrared camera, and further
19. The method of Appendix 19, comprising processing the scan information from the infrared camera to provide temperature information for the upper and lower layers of the work.
好ましい実施形態及びその様々な側面を用いて、本開示を具体的に図示、説明したが、本開示の精神及び範囲から逸脱することなく、各種の変更や変形が可能であることは、当業者には明らかであろう。添付の請求の範囲は、本明細書に説明した実施形態、上述の変形、及びその均等物を包含すると解釈されるべきである。 Although the present disclosure has been specifically illustrated and described using preferred embodiments and various aspects thereof, it will be appreciated by those skilled in the art that various modifications and modifications can be made without departing from the spirit and scope of the present disclosure. Will be clear. The appended claims should be construed to include the embodiments described herein, the modifications described above, and their equivalents.
Claims (6)
前記部材に固定された熱励起源であって、前記表面に赤外線を誘導するよう構成された熱励起源と、
前記熱励起源から所定の距離離間して前記部材に固定された赤外線カメラであって、前記部材が前記表面の上方を移動するのに伴って前記表面をスキャンして、前記表面についてのスキャン情報を検出及び出力するよう構成された赤外線カメラと、
前記熱励起源及び前記赤外線カメラに接続されたコントローラであって、前記赤外線カメラからの前記スキャン情報を処理して、前記表面上及び/又は前記表面下に位置する異物又は欠陥を特定するよう構成されたコントローラと、
前記コントローラに接続された端末であって、ディスプレイを有する端末と、含み、
前記コントローラは、さらに、前記表面上及び/又は前記表面下に位置する異物又は欠陥を特定すると、前記ディスプレイに表示を行うよう構成されており、
前記表面は、複合材レイアップ機により形成される複合部品の外側層であり、前記複合材レイアップ機は、前記複合部品の形成中に、その上方を移動するための第1ガントリに取り付けられたヘッドを有し、前記部材は、前記複合部品の形成中に、その上方を別個に移動するための第2ガントリを含む、
表面上及び/又は表面下の異物又は欠陥を検出するためのシステム。 A member configured to move above the surface and
A thermal excitation source fixed to the member and configured to induce infrared rays on the surface.
An infrared camera fixed to the member at a predetermined distance from the thermal excitation source, scanning the surface as the member moves above the surface, and scanning information about the surface. With an infrared camera configured to detect and output
A controller connected to the thermal excitation source and the infrared camera that processes the scan information from the infrared camera to identify foreign objects or defects located on and / or below the surface. With the controller
A terminal connected to the controller, including a terminal having a display.
The controller is further configured to display on the display when it identifies a foreign object or defect located on and / or below the surface.
The surface is an outer layer of a composite part formed by the composite layup machine, which is attached to a first gantry for moving above the composite part during formation of the composite part. The member comprises a second gantry for moving separately above it during the formation of the composite part.
A system for detecting foreign matter or defects on and / or under the surface.
The surface is an outer layer of a composite part formed by a composite material lay-up machine using a carbon fiber reinforced polymer tape, and the carbon fiber reinforced polymer tape is reinforced during operation by contacting with a spool. polymeric tapes rubbing, to form a yarn Mari carbon fiber reinforced polymer which accidentally fall to the surface, said controller processing said scan information from the infrared camera, in front Symbol table surfaces on carbon The system according to any one of claims 1 to 5, which is configured to detect a thread of a fiber-reinforced polymer.
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